Diagnostika EIB u mladých elitních sportovců (13-18 let)

Dosavadní stav techniky Fyzické cvičení, i když je absolutně prospěšné pro lidskou pohodu, je dobře známým spouštěčem pro vyvolání bronchokonstrikce. Aretaeus z Kappadokie popsal první případy astmatu vyvolaného cvičením již ve druhém století našeho letopočtu. Cvičení může vyvolat bronchokonstrikci u subjektů s preexistujícím astmatem, ale může také vyvolat bronchokonstrikci u jinak zdravých subjektů. Posledně jmenovaný jev se nazývá cvičením indukovaná bronchokonstrikce (EIB). EIB je častá v běžné populaci a může postihnout 5 až 10 % z nich, ačkoli zprávy o populaci jsou vzácné. EIB je nejrozšířenější u jedinců provozujících vytrvalostní sportovní disciplíny, jako je běh na dlouhé tratě, duatlon a triatlon, cyklistika a běh na lyžích. Díky častému intenzivnímu fyzickému tréninku je jeho výskyt vyšší u vrcholových sportovců ve srovnání s neelitovými. Jeho prevalence u vrcholových sportovců v rámci těchto vytrvalostních sportovních disciplín se odhaduje až na 13 %. Procento ve vodních vytrvalostních sportech bylo překvapivě ještě vyšší a na olympijských hrách v roce 2008 dosáhlo 20 %. Kromě intenzivního fyzického tréninku jsou proto s výskytem EIB spojeny také faktory prostředí, jako je vystavení chlóru nebo studenému vzduchu.

Mechanismus námahou navozené bronchokonstrikce není zcela jasný: jako „tepelný“ mechanismus bylo navrženo ochlazování dýchacích cest v důsledku úpravy vdechovaného vzduchu a pozátěžové ohřívání dýchacích cest. Zdá se však, že hlavní příčinou je dehydratace dýchacích cest v důsledku zvýšené ventilace, která má za následek „zvýšenou osmolaritu“ tekutiny ve výstelce dýchacích cest. Předpokládá se, že tato zvýšená osmolarita spouští uvolňování mediátorů, jako je histamin, cysteinylové leukotrieny a prostaglandiny, ze zánětlivých buněk dýchacích cest, což vede ke kontrakci hladkého svalstva dýchacích cest a edému dýchacích cest. V neposlední řadě nedávné důkazy, včetně dat z laboratoře výzkumníka, poukazují na „poškození epitelu“ v důsledku vysoké rychlosti ventilace s následným uvolněním mediátorů epiteliálních buněk jako základního mechanismu. Toto poškození, které může být výraznější, jsou-li přítomny další spouštěče, může vést k nekontrolovanému zánětu dýchacích cest, může zhoršit proces a zvýšit námahou navozenou bronchokonstrikci, což může vést k přetrvávajícímu astmatu. Předpokládá se, že zánět dýchacích cest se liší mezi subjekty/sportovci s preexistujícím astmatem (u nichž jsou přítomny eozinofily v dýchacích cestách a zánětem Th2) a těmi s EIB, která se vyvinula během jejich kariéry (u nichž jsou přítomny neutrofily a zánět Th17). Pokud se symptomy vyvinou během jejich kariéry, lze snadno předpokládat kauzální vztah mezi intenzivním cvičením a EIB. Aby bylo možné určit přesný okamžik vývoje EIB během jejich kariéry, jsou zapotřebí longitudinální studie, které začínají před tím, než je EIB přítomna. Ve skutečnosti většina dospívajících elitních sportovců začíná své intenzivní tréninkové protokoly dlouho předtím, než začnou podávat výkony na nejvyšší mezinárodní úrovni.

Pokud je diagnostika EIB u dospělých elitních sportovců obtížná, její diagnostika u elitních středoškolských sportovců je hroznou výzvou. Mezinárodní olympijský výbor-Lékařská komise (IOC-MC) navrhla různé diagnostické testy k identifikaci EIB u dospělých elitních sportovců. Pokud je na základě příznaků vyloučena klasická diagnóza astmatu (např. provedením testu reverzibility po inhalaci Salbutamolu®), měla by být zdokumentována hyperreaktivita dýchacích cest pomocí bronchoprovokačního testování. Tyto testy zahrnují přímé provokační testy (např. s inhalačním metacholinem), které působí na hladké svalstvo dýchacích cest a způsobují bronchokonstrikci, a nepřímé testy, jako je eukapnická dobrovolná hyperpnoe (EVH) zvláště doporučená pro sportovce, hyperosmolární testy s fyziologickým roztokem nebo mannitolem a laboratorní nebo terénní zátěžové testy. Sportovci však mohou mít pozitivní odpověď (s poklesem objemu usilovného výdechu za jednu sekundu (FEV1) nad uvedenou hranici) pouze na jeden z těchto typů testů. Proto může být zapotřebí více než jeden typ testu a v ideálním případě by testování mělo být prováděno během období intenzivního tréninku.

Vyšetřovatelé nedávno upravili test EVH, zlatý standardní diagnostický test doporučený IOC-MC pro diagnostiku EIB u elitních sportovců pro použití u teenagerů. Namísto maximální dobrovolné ventilace (MVV) 85 % během 6 minut, obvykle požadované u dospělých subjektů (což je 30XFEV1, ale znamenalo by to nereálný výkon 100 % MVV u adolescentů), je ventilační cíl 70 %, což odpovídá 21 x FEV1 u mladých sportovců je proveditelný pro většinu sportovců (viz tabulka 1). Proto se test zaměřuje na cílovou ventilaci 70 % během 6 minut. Navíc, aby se vyloučilo vyčerpání jako příčina umělého poklesu FEV1, byla také vypočtena změna Tiffeneauova indexu (TI=FEV1/FVC). Pouze v případě, že TI v době maximálního poklesu mínus TI na začátku byla pod nulou, má se za to, že pokles FEV1 odráží skutečnou obstrukci dýchacích cest.

S těmito malými úpravami lze test provést téměř u všech středoškolských elitních sportovců ve věku 12-14 let. Překvapivě 23 % procent basketbalistů (3/13), 21 % fotbalistů (4/19) a až 54 % plavců (6/11) ve věku 12-14 let mělo pozitivní test EVH při zápisu do elitní sportovní program ve srovnání s 13 % kontrolních subjektů. Během longitudinálního pozorování (registrovaného na Clinictrials.gov (NCT02432183) nepublikované výsledky), dva ze čtyř fotbalistů s pozitivním testem EVH předčasně ukončili svůj středoškolský elitní program. Ačkoli limitujícím faktorem pro pokračování programu mohou být také sportovní technické důvody, jejich EIB může také vysvětlit zhoršený výkon, který může nastat, pokud nebudou přijata preventivní opatření. Dosud však není jasné, která léčba by měla být u těchto elitních sportovců ideálně použita. Přesto existuje několik možností léčby, které by jim alespoň umožnily provozovat sport v optimálních podmínkách.

Provádění EVH testů jako screeningového každoročního testu u všech středoškolských sportovců je pracné a nákladné. Vyšetřovatelé proto zkoumali, zda dotazníky mohou pomoci indikovat u mladých (12-14 let) sportovců ohrožených pozitivním testem EVH. Podařilo se jim otestovat ověřený dotazník AQUA (Allergy Questionnaire for Athletes) pro dospělé a adolescenty v kohortě mladých elitních sportovců. Provedením kožních prick testů u těchto subjektů za účelem hledání alergie, pokud bylo skóre AQUA ≥ 5, test předpověděl atopii se specificitou 78 % a senzitivitou 62,5 %.

% MVV dospělých Adolescentů (12-14 let) 100 % 35 × FEV1 30 × FEV1 85 % 30 × FEV1 70 % 21 × FEV1 60 % 21 × FEV1

Tabulka 1 Srovnání maximální ventilační kapacity mezi dospělými a adolescenty

Výzkumníci zjistili, že atopičtí jedinci v kohortě měli zvýšené riziko pozitivního testu na EIB (Fisherův exaktní test p=0,04). Avšak vzhledem k vysokému počtu subjektů s pozitivním testem EIB, ale negativním dotazníkem AQUA, samotný dotazník AQUA nelze použít k predikci EIB (p=0,4). Nicméně jedna z pěti otázek, které naše skupina přidala do tohoto dotazníku („Trpíte při cvičení pískáním?“) sama o sobě předpověděla EIB s 93% specificitou a 24% senzitivitou. Přidejte k tomu druhou otázku („Už vám někdy lékař diagnostikoval alergický stav?“) zvýšil specificitu pro predikci pozitivního testu EIB na 99 %, ale snížil citlivost pouze na 15 % (rukopis se připravuje).

Otázka 1 Trpíte při cvičení sípáním? Otázka 2 Pociťujete dušnost během cvičení? Otázka 3 Diagnostikoval Vám někdy lékař alergický stav? Otázka 4 Trpíte často infekcemi horních cest dýchacích nebo horečkou? Otázka 5 Je někdo ve vaší rodině alergický?

Tabulka 2. Otázky přidané do dotazníku AQUA ve screeningovém protokolu 12-14letých středoškolských elitních sportovců

Tato zjištění vytvořila základ pro současnou představu o tom, jak provádět screening na EIB u mladých elitních sportovců A/ Pokud mladý sportovec odpoví kladně na otázku 1: „Trpíte při cvičení pískáním?“, A.1 astma musí být vyloučeno (testem reverzibility salbutamolu). A.2 EIB lze hledat pomocí EVH testu. B/ Pokud má dítě pozitivní AQUA skóre (>5), B.1. může být přítomna atopie a lze ji vyhledat pomocí CAPtestu a/nebo SPT. B.1.a Pokud jsou atopické testy pozitivní, lze EIB testovat testem EVH. B.1.b Pokud jsou testy na atopii negativní, lze zvolit strategii plného sledování

Tyto dotazníky lze snadno opakovat každý rok

Přestože by to byla velká výhoda ve screeningovém procesu mladých sportovců, měla by se tato pilotní studie alespoň opakovat u starší věkové skupiny sportovců (13-18 let). Otázkou navíc stále zůstává, zda potřebujeme k diagnostice EIB provádět různé testy a zda lze v těchto testech zvolit hierarchickou strukturu. V každodenní rutině je test EVH na UZ Leuven omezen na ty subjekty, u kterých je histaminový provokační test negativní, ale na základě klinické anamnézy je vysoce podezřelá EIB. Není známo, zda všechny subjekty s pozitivním histaminovým provokačním testem mají také pozitivní EIB.

Konečně, jedinci s nízkým IL-1beta ve sputu, bez atopie, měli velmi nízkou šanci na pozitivní EVH testování (Fisherův exaktní test p=0,0088; ve srovnání s 0,04 pro samotnou atopii, viz výše). Přidání detekce mRNA cytokinu IL-1beta ve sputu do screeningového protokolu by proto mohlo zvýšit negativní prediktivní hodnotu vývojového diagramu. Provádění indukovaného sputa je však také náročné a detekce cytokinové mRNA ve vzorcích (ačkoli rutinně prováděná v laboratoři výzkumníka) stále není rutinní procedurou.

Hypotézy Vyšetřovatelé předpokládají, že nálezy v první mladé kohortě budou podobné nebo ještě výraznější u o něco starší kohorty sportovců. Tohle znamená tamto

1. předpokládají, že dotazník AQUA může také předpovídat atopii v této věkové skupině
2. předpokládají, že atopie bude rizikovým faktorem pro EIB v této věkové skupině
3. považují EVH test (při absenci astmatu) za nejlepší test k detekci EIB (ve srovnání s histaminovým provokačním testem) v této věkové skupině
4. předpokládají, že pozitivní skóre AQUA a/nebo pozitivní skóre v otázce 1 a 3 v tabulce 2 lze použít ke screeningu EIB (jak je naznačeno na obrázku 2)
5. předpokládají, že přidání detekce cytokinů mRNA ve sputu by mohlo zvýšit negativní prediktivní hodnotu screeningového protokolu

Cíl studie Cílem studie je proto prostudovat existenci EIB u středoškolských elitních sportovců a sportovců provozujících alespoň 12 hodin sportu týdně ve věku 13-18 let (n=50). Přesněji řečeno, vyšetřovatelé chtějí

1. porovnat podíl EIB pozitivních subjektů (definovaných jako ≥10% pokles FEV1 alespoň 5' po provokaci EVH) mezi těmito sportovci a věkově odpovídajícími kontrolami (n=20).
2. korelovat odpovědi v dotaznících s existencí EIB v kohortě
3. korelovat PC20 (pomocí histaminového provokačního testu) s % max. poklesu v testu EVH v kohortě
4. ke studiu hladin mRNA ve sputu v korelaci s přítomností EIB v kohortě

Materiál a metoda

budou přijati mladí sportovci (plavci, haloví a venkovní sportovci) provozující alespoň 12 hodin sportu týdně a kontrolní skupiny, které sportují méně než 6 hodin týdně. Za tímto účelem vyšetřovatelé úzce spolupracují se sportovním lékařským poradenským centrem (SMAC UZ Leuven), které prověřuje všechny středoškolské elitní sportovce z „topsportschool“ Leuven, a také s lékařskými koordinátory Vlámské plavecké federace, basketbalové federace a fotbalová federace. Kontroly budou provedeny mezi dětmi a příbuznými z řad personálu.

U těchto subjektů budou provedeny dotazníky (AQUA a tabulka 2), kožní prick testy na běžné alergeny prostředí, žilní punkce, indukce sputa, test reverzibility po inhalaci salbutamolu, měření FENO, histaminový provokační test, EVH test a/nebo zátěžový terénní test.

Specifické IgE na alergeny budou měřeny pomocí CAPtestu. Biomarkery, jako je sérový CC16, budou měřeny pomocí ELISA. Diferenciální počítání buněk ve sputu bude provedeno detekcí cytospinu a cytokinové mRNA pomocí RT-PCR. Biomarkery tekutiny získané z nosní laváže Merocellem budou studovány pomocí ELISA. Všechny testy dohromady zaberou +/-1,30h. Pokud to školitelé z určité disciplíny považují za příliš zaneprázdněné, můžeme vynechat jeden nebo více z následujících: indukci sputa, Merocell a/nebo kožní prick testy. V druhém případě bude diagnóza alergie založena pouze na CAPtestu. Toto bude předem prodiskutováno s trenéry a sportovními lékaři a bude ručně přidáno do dokumentů IC/souhlasu, pokud tomu tak je.

V nemocnici se běžně provádí spirometrie, EVH test a histaminový provokační test.

Statistická analýza Výpočet velikosti vzorku nebyl proveden, protože budou pozváni všichni elitní vlámští středoškolští sportovci v uvedených sportovních disciplínách (což jsou největší odvětví v B). Předchozí studie ukázaly, že více než 95 % z nich je ochotno se zúčastnit. Na základě výsledků předchozí studie u mladší věkové skupiny v ještě menší velikosti vzorku považují badatelé současnou velikost vzorku za dostatečnou pro tuto studii.

1. Fisherův exaktní test (nebo chí-kvadrát v případě různých disciplín samostatně) bude použit ke zkoumání, zda se podíl sportovců s pozitivním EVH testem (na citované hranici) významně liší od podílu u zdravých subjektů.
2. Rozdíly v absolutním maximálním poklesu FEV1, sérových biomarkerech, hladinách specifických cytokinů ve sputu mRNA a buněčných počtech sputa mezi sportovci a kontrolami po provokaci EVH budou studovány dvoustranným (v případě potřeby jednostranným) neparametrickým Mann-Whitney-U testem (nebo pokud test normality projde, parametrickým t testem). Rozdíly mezi sportovními odvětvími bude studovat Kruskall-Wallis (nebo ANOVA, pokud test normality projde) s odpovídajícími post-testy.
3. Senzitivita, specificita, PPV a NPV (stejně jako ROC křivky) ke studiu užitečnosti dotazníku AQUA a/nebo uvedených 5 otázek a/nebo IL-1beta-nízké hladiny mRNA ve sputu, k predikci atopie na jedné straně a pozitivní Na druhé straně bude vypočítán test EVH.
4. Korelace mezi PC20 a maximálním poklesem FEV bude studována Spearmanovým korelačním testem bez nebo s předchozími údaji (např. log) transformace.

Statistická analýza bude provedena pomocí Prism Graph 7

Očekávaný výsledek

Vyšetřovatelé očekávají, že budou schopni zopakovat zjištění pozorovaná u mladších věkových skupin. Navíc očekávají, že budou schopni zvýšit citlivost screeningového protokolu a zvýšit negativní prediktivní hodnotu screeningového testu. K tomuto druhému cíli může pomoci měření mRNA IL-1beta ve sputu.

Potenciální riziko

Protože je studována pouze omezená skupina 13-18letých sportovců (n=50), může studie postrádat sílu k dosažení cíle. Analýza síly nebyla provedena, protože studie je omezena počtem elitních středoškoláků v „topsportschool“.

Proveditelnost

Udělena studie FWO-TBM